V množstve údajov misie Gaia vedci odhalili „spiaceho obra“. Veľká čierna diera s hmotnosťou takmer 33-násobku hmotnosti Slnka sa ukrýva v súhvezdí Orol, vo vzdialenosti necelých 2000 ly (svetelných rokov). Je to prvýkrát, čo bola v Mliečnej ceste spozorovaná tak hmotná hviezdna čierna diera. Čierne diery tohto typu boli doteraz pozorované len vo veľmi vzdialených galaxiách. Nový objav spochybňuje naše chápanie vývoja hmotných hviezd.

Hmota v čiernej diere je taká hustá, že jej obrovskej gravitácii nedokáže uniknúť nič, dokonca ani svetlo. Veľká väčšina známych hviezdnych čiernych dier pohlcuje hmotu od blízkeho hviezdneho spoločníka. Zachytený materiál padá na gravitačne zrútený objekt vysokou rýchlosťou, pričom sa extrémne zahrieva a uvoľňuje röntgenové lúče. Tieto systémy patria do rodiny nebeských objektov nazývaných röntgenové dvojhviezdy.

Keď sa hviezdny spoločník nenachádza dostatočne blízko čiernej diery, tá z neho nedokáže kradnúť hmotu, nevyžaruje teda žiadne svetlo a spozorovať ju je mimoriadne ťažké. Tieto čierne diery sa nazývajú „spiace“.

V rámci prípravy na vydanie ďalšieho katalógu Gaia (DR4) vedci kontrolujú pohyby miliárd hviezd a vykonávajú zložité testy, aby objavili niečo neobvyklé. Pohyb hviezd môže byť ovplyvnený ich spoločníkmi: ľahkými, ako sú exoplanéty; ťažšími, ako hviezdy; alebo veľmi ťažkými, ako sú čierne diery. V rámci misie Gaia existujú špecializované tímy vyšetrujúce akékoľvek „zvláštne“ prípady.

Pozornosť jedného z tímov zaujal hviezdny obor zo súhvezdia Orol vzdialený 1926 ly. Vedcov prekvapila podrobná analýza kolísania polohy hviezdy. Hviezda je uzamknutá v orbitálnom pohybe so spiacou čiernou dierou s výnimočne vysokou hmotnosťou, asi 33-krát väčšou ako má Slnko.

Toto je tretia spiaca čierna diera nájdená družicou Gaia, preto bola nazvaná „Gaia BH3“. Jej objav je veľmi vzrušujúci práve kvôli hmotnosti objektu. "Takýto objav urobíte raz za život," hovorí Pasquale Panuzzo z CNRS, Observatoire de Paris, vo Francúzsku, hlavný autor v pozadí tohto objavu. "Takéto veľké čierne diery boli doteraz zaznamenané len vo vzdialených galaxiách vďaka spolupráci LIGO – Virgo – KAGRA pri detekcii gravitačných vĺn."

Priemerná hmotnosť známych hviezdnych čiernych dier v našej galaxii je približne 10-násobok hmotnosti Slnka. Hmotnostný rekord doteraz držala čierna diera v röntgenovej dvojhviezde v súhvezdí Labuť (Cyg X-1), ktorej hmotnosť sa odhaduje na približne 20-násobok hmotnosti Slnka.

„Je pôsobivé sledovať vplyv Gaie na astronómiu a astrofyziku,“ poznamenáva Prof. Carole Mundell, riaditeľka pre vedu ESA. "Jej objavy ďaleko presahujú pôvodný účel misie, ktorým je vytvorenie mimoriadne presnej viacrozmernej mapy viac ako miliardy hviezd v celej Mliečnej ceste."

Vynikajúca kvalita údajov družice Gaia umožnila vedcom určiť hmotnosť čiernej diery s nebývalou presnosťou a poskytnúť najpriamejší dôkaz o existencii takto hmotných čiernych dier.

Astronómovia čelia naliehavej otázke vysvetlenia pôvodu čiernych dier s hmotnosťami ako má Gaia BH3. Naše súčasné poznatky o vývoji a zániku hmotných hviezd nevysvetľujú proces vzniku takýchto čiernych dier.

Väčšina teórií predpovedá, že hmotné hviezdy strácajú na konci svojho vývoja značnú časť hmotnosti prostredníctvom silného hviezdneho vetra, a keď explodujú ako supernovy, sú v konečnom dôsledku čiastočne vymrštené do vesmíru. To, čo zostalo z ich jadra, sa ďalej zmršťuje a stáva sa buď neutrónovou hviezdou alebo čiernou dierou, v závislosti od jej hmotnosti. Vznik jadier dostatočne hmotných na to, aby skončili ako čierne diery s hmotnosťou 30-násobku hmotnosti Slnka, je veľmi ťažké vysvetliť. K rozlúšteniu tejto hádanky môže napomôcť Gaia BH3.

Hviezda obiehajúca okolo Gaia BH3 vo vzdialenosti približne 16 au (1au = vzdialenosť Slnko-Zem) je dosť nezvyčajná: prastará obria hviezda vznikla v prvých dvoch miliardách rokov po Veľkom tresku, teda v čase, keď sa začala formovať naša galaxia. Patrí medzi hviezdy tvoriace halo Galaxie a okolo jej jadra sa pohybuje opačným smerom ako hviezdy galaktického disku. Jej dráha naznačuje, že táto hviezda bola pravdepodobne súčasťou malej galaxie alebo guľovej hviezdokopy, ktorú pred viac ako ôsmimi miliardami rokov pohltila naša vlastná galaxia.

Sprievodná hviezda má veľmi málo prvkov ťažších ako vodík a hélium, čo naznačuje, že hmotná hviezda, z ktorej sa vyvinula Gaia BH3, mohla byť tiež veľmi chudobná na ťažké prvky. Tento fakt je pozoruhodný, lebo po prvýkrát podporuje teóriu, že vysokohmotné čierne diery pozorované pri experimentoch s gravitačnými vlnami vznikli kolapsom prvotných hmotných hviezd chudobných na ťažké prvky. Tieto rané hviezdy sa mohli vyvinúť inak ako hmotné hviezdy, ktoré v súčasnosti vidíme v našej galaxii.

Mechanizmus formovania tohto úžasného binárneho systému môže tiež objasniť zloženie sprievodnej hviezdy. „Zaráža ma, že chemické zloženie spoločníka je podobné tomu, ktoré nájdeme v starých hviezdach našej galaxie chudobných na kovy,“ vysvetľuje Elisabetta Caffau z CNRS, Observatoire de Paris, ktorá je tiež členkou spolupráce vedcov pri družici Gaia.

"Neexistuje žiadny dôkaz, že by táto hviezda bola kontaminovaná materiálom vyvrhnutým explóziou supernovy hmotnej hviezdy, pri ktorej vznikla Gaia BH3." To môže naznačovať, že čierna diera získala svojho spoločníka až po svojom vzniku, pričom ho zachytila z iného systému.

Objav Gaia BH3 je len začiatok a jej nezvyčajnú povahu bude treba ešte poriadne preskúmať. Teraz, keď už podnietila zvedavosť vedcov, bude táto čierna diera a jej spoločník nepochybne predmetom mnohých ďalších hĺbkových štúdií.

Vedecký tím pri Gaia narazil na tohto „spiaceho obra“ pri kontrole predbežných údajov v rámci prípravy na štvrté vydanie katalógu Gaia. Keďže je nález taký výnimočný, rozhodli sa ho oznámiť ešte pred oficiálnym zverejnením.

Nasledujúci katalóg údajov Gaia sľubuje, že bude zlatou baňou pre štúdium binárnych systémov a objavenie ďalších spiacich čiernych dier v našej galaxii. „Veľmi tvrdo sme pracovali na zlepšení spôsobu, akým spracovávame špecifické súbory v porovnaní s predchádzajúcim zverejnením údajov (DR3), takže očakávame, že v DR4 odhalíme oveľa viac čiernych dier,“ uzatvára Berry Holl zo Ženevskej univerzity vo Švajčiarsku, spolupracujúci člen tímu Gaia.